シェルアンドチューブ熱交換器の漏れの原因は何ですか?

表面式復熱器熱交換器の水側の圧力は、蒸気側の圧力よりも大きくなります。 配管システムが漏れると、給水がシェルに突入し、蒸気側が水でいっぱいになります。 抽気管に沿って水が蒸気タービンに逆流し、蒸気タービンシリンダの変形、膨張差の変化、ユニットの振動、さらにはブレード破損などの事故を引き起こす可能性があります。

このような熱交換器の漏えいによる事故は、工場内の設備一式を停止させたり、蒸気タービンの水が浸入したりする事故が多発しました。 したがって、熱交換器の漏れの原因を分析し、できるだけ漏れを減らすための対策を見つけることが非常に重要です。

漏れ原因分析

チューブ熱交換器の内部配管システムの漏れは、主にチューブ自体の漏れとポートの漏れに分けられます。

1 チューブポート漏れの原因

1.1 過度の熱応力

シェル アンド チューブ熱交換器が動作しているとき、冷たい流体と熱い流体の温度が異なるため、シェルとチューブの壁の温度は互いに異なります。 この違いにより、シェルとチューブの熱膨張が異なります。 両者の温度差が大きいと、チューブがねじれたり、チューブがフラワー プレートから外れたり、熱交換器全体が壊れたりする場合があります。 この点については、構造的に熱膨張の影響を考慮し、様々な補償方法を採用する必要があります。

熱交換器の起動および停止プロセス中に、温度上昇率および温度低下率が規制を超えるため、高圧管および管板はより大きな熱応力を受け、高圧管を接続する溶接部または伸縮継手はチューブとチューブシートが損傷しています。 ポート漏れの原因: ピーク調整時に負荷が急激に変化する場合、または主機関または熱交換器が故障して熱交換器が突然シャットダウンした場合、蒸気側が蒸気供給を急に停止した場合、または蒸気側が蒸気供給を停止した後に、管壁は薄く収縮が速く、管板は厚く収縮が遅く、管と管板の間の溶接部や伸縮継手に損傷を与えることが多いため、水側が引き続き給水に入ります。 これが、許容温度降下率が 1.7 度/分-2.0 度/分であり、許容温度上昇率 2 度/分-5 度/分よりも厳しい理由です。分。

1.2 管板の変形

主に管板の加工変形と加工時に発生する変形です。 チューブはチューブシートに接続されており、チューブシートの変形により、チューブのポートで漏れが発生します。

高管板の水側は高圧・低温、蒸気側は低圧・高温であり、特に疎水冷却部が内蔵されている場合は温度差がさらに大きくなります。

チューブシートの厚さが十分でない場合、チューブシートに一定の変形が生じます。 管板中央部は低圧・高温で蒸気側に膨らみます。 水側では、チューブシートの中央がくぼんでいます。

主機関の負荷が変化すると、それに伴い蒸気添加側の圧力と温度が変化します。 特にピークシェービング範囲が大きい場合、ピークシェービング速度が速すぎる場合、または負荷が急激に変化する場合、定速給水ポンプを使用した条件では、水側圧力も大きく変化し、定格圧力を超える場合があります。高給水の場合: これらの変化 管板の歪みにより、管端での漏れや管板の永久変形が発生する可能性があります。

高圧燃料タンクの入口弁が内部で漏れている場合、主機関の運転中に高出力タンクが停止した後、高圧燃料タンクの水側が加熱され、一定の容積で圧力が上昇します。 水側に安全弁がない場合や安全弁が故障した場合、圧力が非常に高くなり、チューブシートも変形します。

1.3 不適切なプラグプロセス

一般に、コニカル プラグは、プラギング パイプの溶接によく使用されます。 テーパープラグに打ち込むとき、力は中程度でなければなりません。 打撃力が大きすぎると、チューブの穴が変形し、隣接するチューブとチューブシートの間の接続に影響を与え、損傷を引き起こし、新しい漏れを引き起こします。 溶接プロセス中に、予熱、溶接シームの位置とサイズが適切でない場合、隣接するチューブとチューブシートの間の接続に損傷を与える可能性があります。 拡張チューブのプラグ、爆発のプラグなど、他のプラグ方法を使用すると、プロセスが不適切な場合、ノズル付近の漏れも発生します。 したがって、厳密なプラギング プロセスに従う必要があります。

2 パイプ自体の漏れの原因

2.1 洗掘と侵食

その理由の一つは、蒸気の流速が速く、蒸気の流れに大きな水滴が含まれている場合、配管の外壁が蒸気と水の二相流によって洗浄され、圧力によってパイプの外壁が薄くなり、穴が開いたり、破裂したりするためです。給水の。 熱交換器内の蒸気と水の二相流の主な理由は次のとおりです。まず、過熱蒸気冷却セクションの過熱蒸気とその出口が設計要件を満たしていません。 第二に、熱交換器のドレン水位が低く保たれている、または水位がない、または疎水性温度が設計値よりもはるかに高い、疎水性流動抵抗が大きい、または抽出圧力が急激に低下し、他の要因が疎水性を作るフラッシュ蒸発し、疎水性が次の段階の熱交換器に入ると、蒸気が発生し、熱交換器のチューブを洗浄して損傷を引き起こします。 3. 高圧管の配管が破損して漏れると、そこから高圧の給水が猛烈な勢いで流れ出し、隣接する配管や隔壁を洗い流してしまうことです。 もう 1 つの原因は、蒸気や疎水性による直接的な影響です。 耐衝撃板の材質と固定方法が無理があるためです。 操作中に壊れたり脱落したりして、防汚効果が失われます。 防汚プレートの面積が十分に大きくなく、水滴が高速気流に乗って移動し、防汚プレートの外側のチューブ束に衝突します。 シェルとチューブバンドルの間の距離が小さすぎるため、入口での蒸気の流れは非常に高速です。

応力腐食割れとは、引張応力と特定の腐食媒体の結合作用によって引き起こされる金属または合金の割れを指します。 表面のほとんどが傷んでおらず、微細なクラックの一部のみが金属や合金を貫通しているのが特徴です。 応力腐食割れは、一般的に使用される設計応力範囲内で発生する可能性があるため、その結果は深刻です。 応力腐食割れを引き起こす重要な要因は、温度、溶液組成、金属または合金組成、応力、および金属構造です。

2.2 チューブの振動

給水温度が低すぎるか、ユニットが過負荷になっている場合、熱交換器のチューブ間の蒸気の流れと速度が設計値を超えると、一定の弾力性を持つチューブ バンドルが流体の外乱力の作用で振動します。シェル側。 加振力 チューブバンドルの周波数がチューブバンドルの固有振動数またはその倍数と一致すると、チューブバンドルが共振して振幅が大幅に増加し、チューブとチューブの間の接続に繰り返し力が発生します。チューブシートに損傷を与え、チューブバンドルに損傷を与えます。 チューブバンドルの振動損傷のメカニズムには、一般的に次のものが含まれます。

①振動により、パイプまたはパイプとチューブシートの間の接合部の応力が材料の疲労耐久限界を超え、疲労によりパイプが破損する。

②振動管が下見板を支えている管穴で下見板の金属とこすれ、管壁が薄くなり、最終的に破裂します。

③ 振動振幅が大きい場合、スパンの途中で隣り合うパイプ同士が擦れ合い、パイプの摩耗や疲労の原因となります。

2.3 配管給水入口端部の腐食

入口パイプ端での浸食損傷は、炭素鋼熱交換器でのみ発生します。 エロージョンとコロージョンの複合作用による損傷過程であり、パイプ壁金属の表面に形成された酸化膜が高乱流の給水によって破壊され、取り除かれるメカニズムです。 、金属材料は継続的に失われます。 最終的にはパイプの破損につながります。 場合によっては、損傷した表面がパイプ エンドの溶接部やチューブ シートにまで及ぶことがあります。低く (260 度未満)、乱流の程度が大きく、侵食されやすい。

2.4 腐食

低圧熱交換器のチューブ材質が銅の場合、低圧銅チューブは深刻な漏れのために交換を余儀なくされることがよくあります。 pH 値が 8.5~8.8 の場合、銅の腐食速度は最も低くなります。 炭素鋼は 9.5 以上の pH 値を必要とします。 ボイラー給水の pH が高すぎたため、銅管が腐食しました。 炭素鋼パイプバンドルの腐食に影響を与える主な要因は次のとおりです。給水の酸素含有量とpH値：給水中の溶存酸素が高すぎるか、pH値が低すぎると、高圧パイプの内壁が腐食するため、給水の溶存酸素濃度は 7pg/L を超えないようにし、pH 値は 9.3 ～ 9.6 に維持しました。 シェル側に酸素が存在すると、チューブバンドルの外壁に酸素腐食が発生します。 銅の堆積物: 孔食を引き起こし、ピットを形成する可能性があります。 温度は、炭素鋼の表面での Fe3O4 酸化膜の形成に影響を与えます。一般に、Fe3O4 酸化膜は 260 度以上で比較的安定していると考えられています。 この温度以下では、Fe3O4 酸化膜の保護の程度は、給水の pH およびその他の環境要因に依存します。 pH値が9.6以上であれば安全です。

2.5 素材と仕上がりの悪さ

チューブの材質が悪い、チューブ壁の厚さが不均一である、組み立て前のチューブに欠陥がある、拡張部分が過度に拡張されている、チューブの外側に引っ張り損傷の跡がある。 熱交換器が異常な動作状態に遭遇すると、チューブに多くの損傷を与えます。

3. 対策

1 漏洩発生後の処置

漏れが発生すると、給水圧力が低下し、ボイラへの給水量が減少します。 したがって、熱交換器のパイプシステムの漏れが見つかった場合は、損傷したパイプの数を減らし、損傷の程度を減らすために、熱交換器をすぐに停止する必要があります。 ユニットが作動していないときは、高圧発生器に漏れがないかどうかを確認し、それを排除する方法を見つける必要があります。

ポート漏れの場合、修理溶接の前に元の溶接金属を削り取り、適切な熱処理を行って熱応力を除去する必要があります。パイプ自体の漏れの場合、パイプバンドルの漏れの形状と場所を確認する必要があります。最初にチェックし、適切なパイププラグプロセスを選択して、チューブの 2 つのポートをプラグします。 どんな種類のプラグプロセスが使用されていても、プラグされたパイプの品質を確保するために、ブロックされたパイプの端をよく処理して、チューブプレートとチューブの穴が丸くてきれいで、良好な接触が得られるようにする必要がありますプラグで表面。 管と管板の接合部に亀裂や浸食が生じた場合は、元の管材と端部の溶接金属を除去して、プラグが管板に密着するようにする必要があります。

2 注意事項

2.1 ポートリークの注意事項

熱交換器の製造では、十分な厚さのチューブシート、適切なチューブ穴加工、表面溶接、チューブ伸縮継手、および溶接プロセスが必要です。 操作に関しては、熱交換器の温度上昇率と温度低下率は規制を超えないようにする必要があります。過圧を防ぐために水側に安全弁が必要であり、メンテナンスのために正しいプラグプロセスが必要です。

2.2 配管自体の漏水防止対策

(1) 浸食防止対策

シェル側の蒸気または疎水性の流量を制限し、冷却セクションでのフラッシングを防ぎます。 蒸気冷却セクションの出口の蒸気には、十分な残留過熱がなければなりません。 擦り傷防止プレートはしっかりと固定する必要があり、面積は十分で、材料は良好です。 シェル側の水位は正常に保たれています。 低水位、無水位での運転は禁止です。

(2) 配管振動防止対策

高蒸気側に蒸気側安全扉を設置します。 シェル側の蒸気または水の流量を制限します。 チューブ間の距離は十分に大きくする必要があります。これにより、一方ではシェル側の流量が減少し、他方では、チューブが互いに衝突して摩擦によって損傷する可能性が減少します。 制限 フリーセクションの長さチューブバンドルの。

(3) 配管入水端部の浸食防止対策

チューブ側またはチューブ側の流体の流速は、対流熱伝達係数の値に影響を与えるだけでなく、汚れの熱抵抗にも影響を与え、したがって総熱伝達係数の大きさに影響を与えます。 特に堆積しやすい堆積物やその他の粒子を含む流体の場合、流量が少なすぎてパイプラインの詰まりを引き起こす可能性があり、機器の使用に深刻な影響を与えます。 ただし、流量を増やすと圧力損失が大幅に増加します。 したがって、適切な流量を選択することが非常に重要です。 給水の流量を制限する、熱交換器の列の使用を停止する、または多数の熱交換器をブロックすると、パイプ内の流量が大幅に増加します。このとき、給水の一部はバイパスを通ってボイラーに入る必要があります。またはユニットの負荷を減らします。 供給水の酸素含有量を７μｇ／Ｌと少なく制御し、供給水のｐＨ値を９に制御する。2-9.6.

(4) 防食対策

応力緩和、応力には、適用応力、残留応力、溶接応力、腐食生成物によって生成される応力など、さまざまな原因があります。 材料を選択するときは、ユニットを銅を使用しないシステムにします。これは、ユニット全体の防食と蒸気結晶の品質管理に役立ちます。 完全な空気抜きシステムを実現するには、通常、パイプライン接続に段階的な直列接続を使用しないことをお勧めします。 低圧の熱交換器に非凝縮性ガスが蓄積するのを防ぎます。 エア抜きシステムが正常に作動することを確認してください。 起動時には、水側と蒸気側から空気を抜き、給水の品質を確認する必要があります。 保管中および輸送中の腐食を防ぐために、工場から出荷する際には適切な防食対策を講じる必要があります。 炭素鋼管熱交換器の場合、通常、蒸気側と水側の両方に窒素を充填した防食方法が使用されます。 、蒸気または窒素を充填して防食対策を行い、水側の脱酸素水のpH値を適切に調整して保護する役割を果たします。

(5) 材質・施工不良による配管漏水防止対策

腐食耐性を向上させるには、パイプの壁を少なくとも 2.0 mm 高くする必要があります。 各チューブは、組み立てる前に、欠陥検出と静水圧試験のためにテストする必要があります。 チューブバンドルは熱処理され、視覚的な欠陥があってはなりません。 チューブプレートのチューブ穴は、一定の粗さ、公差、および同心度を維持する必要があり、チューブ穴の面取りまたは丸みは滑らかで欠陥がないようにする必要があります。 グリッチ。

(6) 目詰まり防止

予防閉塞を行います。 管板にある程度の大きさのバイパス穴を開け、一部の管を塞いで給水流量を減らし、腐食を抑えることをお勧めします。 この方式は、国内外の多くの発電所で採用されており、熱交換器の寿命を適切に延ばし、漏れの数を減らすことができることが証明されています。

(7) 工程選択

熱交換器において、チューブ側にどのような流体が流れ、シェル側にどのような流体が流れるかは、選定の原則として以下の点が考えられます。

a) きれいでない、または分解しやすい材料とスケールは、掃除しやすい側を通って流れる必要があります。 直管束の場合、上記材料は通常管内に引き回しますが、管束を取り外して洗浄できる場合は、管外に引き回すこともできます。

b) 対流熱伝達係数を増加させるために流量を増加させる必要がある流体は、チューブ内に入る必要があります。これは、通常、チューブ内の断面積がチューブ間の断面積よりも小さいためです。複数のチューブパスを使用して流量を増やします。

c) 腐食性材料はパイプの内部に入り、シェルは通常の材料で作ることができ、パイプ、チューブシート、ヘッドのみが耐腐食性材料で作られるべきです。

d) 高圧の材料がパイプ内に入り、シェルが高圧に耐えることができなくなります。

e) 熱損失を減らすために、高温または低温の材料をパイプに通す必要があります。 もちろん、熱放散を改善するために、高温の材料をシェルに通すこともできます。

f) 蒸気は、凝縮液を排出するのに都合がよく、蒸気がよりクリーンであり、その対流熱伝達係数が流量とほとんど関係がないため、通常、シェル側に通過します。

g) 通常、高粘度の流体はシェル側の空間を流れます。これは、バッフルを使用してシェル側を流れる場合、流路の断面と流れの方向が常に変化するためです。これは、低い Re 数 (Re より大きい Re 100) サージ フローを達成することは、チューブの外側の流体の対流熱伝達係数を改善するのに役立ちます。

上記の点は同時に満たすことはできず、矛盾する場合もあるため、主な側面を把握し、具体的な状況に応じて適切な決定を下す必要があります。